經(jīng)濟型數(shù)控銑床X-Y工作臺改造設計,經(jīng)濟型,數(shù)控,銑床,工作臺,改造,設計 附一： 1 畢業(yè)設計（論文）任務書 系 部 指導教師 職 稱 學生姓名 專業(yè)班級 學 號 設計題目 經(jīng)濟型數(shù)控銑床X-Y工作臺改造設計 設 計 內(nèi) 容 目 標 和 要 求 （設計內(nèi)容目標和要求、設計進度等） 本課題改造設計經(jīng)濟型數(shù)控銑床，應滿足實用和加工精度的要求。 1. 調(diào)研：了解各種數(shù)控銑床進給伺服系統(tǒng)中二維工作臺的工作性能和加工要求情況，了解開環(huán)伺服傳動系統(tǒng)的組成和特點，提出應滿足的技術要求和條件，分析、比較各種可能的方案并提出初步設計方案； 2. 研究和確定數(shù)控銑床進給伺服系統(tǒng)的總體設計方案，要求有必要的分析和計算過程； 3. 結構設計，要求畫出總體結構圖、關鍵零部件圖并對關鍵零部件進行校核和驗算； 4. 控制系統(tǒng)設計，畫出控制系統(tǒng)原理圖； 5. 基本技術要求： 結構尺寸：普通銑床 數(shù)控銑床的設計參數(shù)： 規(guī) 格 工作臺行程(mm) 工作臺、夾具及工作重力(N) 工作臺快移速度(m/min) 最大進給速度(m/min) 走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力x,y向相同(N) 啟動加速時間ms 定位精度 mm X縱向 Y橫向 X縱向 Y橫向 X縱向 Y橫向 X縱向 Y橫向 800× 200 616 176 2750 4400 18 18 0.6 0.6 1650/1100 30 ± 0.01 根據(jù)數(shù)控機床要求，由調(diào)研確定工作臺定位精度和重復定位精度、脈沖當量等參數(shù)； 7. 繪制裝配圖1張，電路圖一張 8. 設計進度： 1) 1—5 周，主要進行畢業(yè)設計準備工作，熟悉題目，收集資料，進行畢業(yè)實習，明確研究目的和任務，構思總體方案； 2) 6—10周，設計計算，繪圖； 3) 11—13周，編寫畢業(yè)設計論文，準備畢業(yè)設計答辯。 指導教師簽名： 年 月 日 系 部審 核 此表由指導教師填寫 由所在系部審核 2 畢業(yè)設計（論文）學生開題報告 課題名稱 經(jīng)濟型數(shù)控銑床X-Y工作臺改造設計 課題類型 實踐應用型 指導老師 學生姓名 學號 專業(yè)班級 本課題的研究現(xiàn)狀，研究目的及意義 研究現(xiàn)狀：隨著計算機技術的發(fā)展，機床工業(yè)的發(fā)展也日新月異。用于自動控制的數(shù)控機床在提高效率，節(jié)省人力，提高加工精度，降低加工費用等方面具有很大的優(yōu)越性。目前，數(shù)控機床、加工中心、分布式數(shù)控（DNC）所配置的數(shù)控系統(tǒng)大多依據(jù)專用的計算機而設計，一般都采用費標準接口，而且使用不同的匯編語言及操作系統(tǒng)，不少機床產(chǎn)品已在PC控制的基礎上采用windows、windows NT制作用戶界面，PC操作程序更便于用戶接受及操作。近年來，國際上又出現(xiàn)了柔性制造單元FMC,FMC和FMS是實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng)CIMS的基礎，使數(shù)控機床向著高柔性、高集成度、智能化方向發(fā)展。相比之下，我國的機床工業(yè)水平雖然發(fā)展很快，但與國際先進水平還有一定的差距，尤其是高級型數(shù)控機床還處于低水平階段，主要表現(xiàn)在：可靠性差，質(zhì)量不好，產(chǎn)品開發(fā)周期長，科技含量低，我國已經(jīng)是世界上數(shù)控機床產(chǎn)量大國，但還不是制造強國，生產(chǎn)的數(shù)控機床大多是經(jīng)濟型、普及型。開發(fā)高檔次的數(shù)控機床要借鑒國外經(jīng)驗，不斷創(chuàng)新，是我國的數(shù)控機床水平有一個質(zhì)的飛躍。隨著科學技術的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的發(fā)展也越來越快，正朝著高性能、高精度、高柔性化和模塊化的方向發(fā)展，數(shù)控機床的加工速度越來越快，加工精度越來越高，可靠性越來越好，隨著數(shù)控系統(tǒng)集成度的增強，數(shù)控機床也會實現(xiàn)多臺集中控制，甚至遠距離遙感。目前，國內(nèi)外正在研究根據(jù)人的聲音來控制機床的技術，由機器自己識別圖樣并進行自動CNC加工的技術，是數(shù)控機床向著更高人工智能方向發(fā)展。數(shù)控機床作為一種高精度的自動化機床，綜合應用了電子、計算機、自動控制和機床制造領域的先進技術，在我國工業(yè)生產(chǎn)中起著極其重要的作用。它很好的解決了現(xiàn)代機械生產(chǎn)中加工工件精度要求高、結構復雜、品種多批量小的問題，而且加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率大幅提高。綜合我國國情，價格昂貴的中、高精度的全功能數(shù)控機床難以被廣大生產(chǎn)企業(yè)所接受，因此價格相對低廉的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)得到了廣泛的應用。但開發(fā)具有部分高檔功能的具有自主知識產(chǎn)權的數(shù)控系統(tǒng)具有很大的意義。 　　目前 國 內(nèi) 中小企業(yè)多采用經(jīng)濟型數(shù)控沖床系統(tǒng)，其加工速度慢、編程復雜、人機界面不友好，因此生產(chǎn)效率低、工人勞動強度大。因此研制和開發(fā)一套基于雙單片機的沖床數(shù)控系統(tǒng)，用于裝配新沖床或?qū)?jīng)濟型數(shù)控沖床進行改造，能夠有效的改善人機界面、提高加工速度、方便操作人員編寫用戶加工程序，對提高企業(yè)生產(chǎn)效率、改善工人的工作環(huán)境有很大的實際意義。 本設計是在數(shù)控機床工作原理之上設計一臺簡單的、經(jīng)濟型的X-Y數(shù)控銑床工作臺。X-Y數(shù)控工作臺的機電系統(tǒng)設計是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，其結構簡單，實現(xiàn)方便而且能夠保證一定的精度。它充分的利用了，微機的軟件與硬件功能以實現(xiàn)對機床的控制，使機床的加工范圍擴大，精度和可靠性進一步得到提高。設計任務是完全圍繞數(shù)控機床工作原理而展開的，本設計充分體現(xiàn)了數(shù)控機床機械設備部分與電氣設備部分的緊密結合。 研究目的及意義： 隨著機械制造工業(yè)的迅速發(fā)展和科技水平的不斷進步，用于自動控制的數(shù)控機床代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通機床，得到迅速而廣泛的運用，機床的傳動系統(tǒng)由原來的有級變速傳動到現(xiàn)在的由計算機控制伺服電機的無級變速傳動。因此，我們對機床工作臺的設計就顯得非常重要；由于數(shù)控機床技術含量高、成本昂貴，若中小企業(yè)廣泛采用數(shù)控機床不僅費用高而且資源浪費。因此，對普通機床進行數(shù)控化改造也成了人們近年來研究的課題。本次畢業(yè)設計“經(jīng)濟型數(shù)控銑床X-Y工作臺改造設計”就是從以上幾點出發(fā)，綜合運用機械、電子和計算機知識而進行的一項結合的基本訓練，其主要目的是強化機械結構設計，同時進一步掌握數(shù)控機床控制系統(tǒng)的設計思路，通過對控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計，掌握數(shù)控系統(tǒng)硬件和軟件設計的基本方法；通過對數(shù)控銑床工作臺結構的設計，培養(yǎng)我們分析問題和解決問題的能力，對自己來說也是有很大的提高，從而達到選題的目的；通過這套數(shù)控機床控制系統(tǒng)的研究和普通機床的數(shù)控化改造，提供了必要的參數(shù)依據(jù)，對數(shù)控系統(tǒng)的研究也有一定的現(xiàn)實意義。 本課題的研究內(nèi)容 主要的研究內(nèi)容是數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的設計和控制系統(tǒng)設計，數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)是CNC裝置實現(xiàn)軌跡控制的執(zhí)行部件，涵蓋了在給定的設計條件下如何來確定機床進給傳動系統(tǒng)的總體方案，在具體方案設計中，又涉及了導軌形式的選擇，滾珠絲杠螺母副及其支承方式的選擇，伺服系統(tǒng)與驅(qū)動電動置頂帖的選擇和驅(qū)動電動機與滾珠絲杠連接形式的選擇等等。為了保證機床坐標軸的定位精度和各功能部件工作的可靠性，必須進行機械傳動系統(tǒng)的軸向剛度計算、誤差分析和動態(tài)特征分析。在此基礎上還要對各傳動部件進行必要的穩(wěn)定性較核 計算和電動機的造型計算，既具有一定的結構設計要求，又具有較強的理論，主要設計如下： （1） 進給傳動系統(tǒng)設計，包括：進給傳動系統(tǒng)的軸向負載計算，導軌的設計與選型，滾珠絲杠螺母的選型與計算，進給傳動系統(tǒng)的剛度計算，進給傳動系統(tǒng)的誤差分析，驅(qū)動電動機的選型與計算，寄給傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性分析，驅(qū)動電動機與滾珠絲杠的連接。 （2） 控制系統(tǒng)設計，包括：控制系統(tǒng)硬件的基本組成，控制系統(tǒng)軟件的組成與結構，計算機伺服控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng) 本課題研究的實施方案，進度安排 為了滿足以上技術要求，采取以下技術方案: （1） 工作臺工作面尺寸（寬度×長度）確定為200mm×800mm （2） 對滾珠絲杠螺母副采用預緊措施，并對滾珠絲杠進行預緊拉伸。 （3） 采用步進電動機驅(qū)動。 （4） 采用齒輪減速的方法將步進電動機與滾珠絲杠相連。 進度安排 5周 完成開題報告 6周 完成總體方案設計 7-9周 完成進給伺服系統(tǒng)機械結構設計計算 10周 完成控制系統(tǒng)設計 11-12周 完成進給系統(tǒng)裝配的繪制 13周 完成硬件控制電路圖的繪制 14周 完成設計說明書 15周 答辯 已查閱的主要參考文獻 [1]范超毅，趙天嬋，吳斌方.數(shù)控技術課程設計.中國 武漢：華中科技大學出版社，2006. [2]機床設計手冊編寫組.機床設計手冊（第三冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1986. [3]加工中心應用與維修編委會.加工中心應用與維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992. [4]李福生.實用數(shù)控機床技術手冊[M].北京：北京出版社，1993. [5]黃華梁，彭文生.機械設計基礎.北京：高等教育出版社，2007. 指導老師意見 指導教師簽名： 年 月 日 3 畢業(yè)設計（論文）學生申請答辯表 課 題 名 稱 經(jīng)濟型數(shù)控銑床X-Y工作臺改造設計 指導教師(職稱) 申 請 理 由 學分已修完，畢業(yè)設計已完成。 學生所在系部 專業(yè)班級 09gz數(shù)控1班 學號 學生簽名： 日期： 畢業(yè)設計（論文）指導教師評審表 序號 評分項目（理工類） 滿分 評分 1 工作量 15 2 文獻閱讀與外文翻譯 10 3 技術水平與實際能力 25 4 研究成果基礎理論與專業(yè)知識 25 5 文字表達 10 6 學習態(tài)度與規(guī)范要求 15 總 分 100 評 語 （是否同意參加答辯） 指導教師簽名： 另附《畢業(yè)設計（論文）指導記錄冊》 年 月 日 4 畢業(yè)設計（論文）評閱人評審表 學生姓名 專業(yè)班級 學號 設計(論文)題目 經(jīng)濟型數(shù)控銑床X-Y工作臺改造設計 評閱人 評閱人職稱 序號 評分項目（理工類） 滿分 評分 1 工作量 15 2 文獻閱讀與外文翻譯 10 3 技術水平與實際能力 25 4 研究成果基礎理論與專業(yè)知識 25 5 文字表達 10 6 學習態(tài)度與規(guī)范要求 15 總 分 100 評 語 評閱人簽名： 年 月 日 5 畢業(yè)設計（論文）答辯表 學生姓名 專業(yè)班級 學號 設計(論文)題目 經(jīng)濟型數(shù)控銑床X-Y工作臺改造設計 序號 評審項目 指 標 滿分 評分 1 報告內(nèi)容 思路清晰；語言表達準確，概念清楚，論點正確；實驗方法科學，分析歸納合理；結論有應用價值。 40 2 報告過程 準備工作充分,時間符合要求。 10 3 創(chuàng) 新 對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。 10 4 答 辯 回答問題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問題回答準確，深入。 40 總 分 100 答 辯 組 評 語 答辯組組長（簽字）： 年 月 日 答辯 委員會 意見 答辯委員會負責人（簽字）： 年 月 日 6-1 畢業(yè)設計（論文）答辯記錄表 學生姓名 專業(yè)班級 學號 設計(論文)題目 經(jīng)濟型數(shù)控銑床X-Y工作臺改造設計 答辯時間 答辯地點 答辯委員會名單 問題1 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題2 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題3 提問人： 問題： 回答（要點）： 記錄人簽名 （不足加附頁） 問題4 提問人： 回答（要點）： 問題5 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題6 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題7 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題8 提問人： 問題： 回答（要點）： 記錄人簽名 6-27 畢業(yè)設計（論文）成績評定總表 學生姓名： 專業(yè)班級： 畢業(yè)設計（論文）題目：經(jīng)濟型數(shù)控銑床X-Y工作臺改造設計 成績類別 成績評定 Ⅰ指導教師評定成績 Ⅱ評閱人評定成績 Ⅲ答辯組評定成績 總評成績 Ⅰ×40%+Ⅱ×20%+Ⅲ×40% 評定等級 注：成績評定由指導教師、評閱人和答辯組分別給分(以百分記)，最后按“優(yōu)(90--100)”、“良(80--89)”、“中(70--79)”、“及格(60--69)”、“不及格(60 以下)”評定等級。其中，指導教師評定成績占40%，評閱人評定成績占20%，答辯組評定成績占40%。 畢 業(yè) 設 計（論 文） 經(jīng)濟型數(shù)控銑床X-Y工作臺改造設計 學生姓名： 學 號： 所在系部： 專業(yè)班級： 指導教師： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學院有關保管、使用學位論文的規(guī)定，同意學院保留并向有關學位論文管理部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權省級優(yōu)秀學士學位論文評選機構將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 本學位論文屬于 1、保密 □，在 年解密后適用本授權書。 2、不保密 □。 （請在以上相應方框內(nèi)打“√”） 作者簽名： 年 月 日 導師簽名： 年 月 日 湖北工業(yè)大學工程技術學院（畢業(yè)論文） 1 摘 要 數(shù)控技術及數(shù)控機床在當今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標志。數(shù)控技術及數(shù)控機床的廣泛應用，給機械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。數(shù)控機床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(1T)與制造技術(MT)結合發(fā)展的結果。現(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技術，都是建立在數(shù)控技術之上的。掌握現(xiàn)代數(shù)控技術知識是現(xiàn)代機電類專業(yè)學生必不可少的。 本次設計內(nèi)容介紹了數(shù)控銑床的特點、電機選型以及計算誤差的一般分析。并通過一定的實例詳細的介紹了數(shù)控車床改造的分析方法。 關鍵詞： 數(shù)控技術 數(shù)控改造 步進電動機 電氣控制 Abstract numerical control technology and the numerically-controlled machine tool in now in the machine-building industry the important position and the huge benefit, had demonstrated it in the key industry modernization's strategic function, and has become the traditional machine manufacture industry promotion to transform and to realize the automation, the flexibility, the integrated production important means and the sign. The numerical control technology and numerically-controlled machine tool's widespread application, for machine-building industry's industrial structure, the product type and the scale as well as the production method has brought the revolutionary change. The numerically-controlled machine tool is the modern Processing workshop most important equipment. Its development is the information technology (1T) and the technique of manufacture (MT) union development result. Modern CAD/CAM, FMS, CIMS, the agile manufacture and the intelligence technique of manufacture, is the establishment above the numerical control technology. Masters the modern numerical control technical knowledge is the modern mechanical and electrical kind of college major is essential. This design content introduced the numerical control lathe's characteristic, the electrical machinery shaping as well as counting error's general analysis. And through certain example detailed introduction the analysis method which numerical control lathe transformed. Key words: the numerical control technology numerical control transformation step-by-steps the electric motor electric control. 摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ Abstract…………………………………………………………………………Ⅱ 引言…………………………………………………………………………………6 1 概述………………………………………………………………………………7 2 設計計算………………………………………………………………………8 2.1 計算切削分力…………………………………………………………………8 2.2 導軌摩擦力的計算……………………………………………………………8 2.3 計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力…………………………………………9 2.4 滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算…………………………………………9 2.4.1 確定滾珠絲杠的導程…………………………………………………9 2.4.2 計算滾珠絲杠螺母副的平均轉速和平均載荷………………………9 2.4.3 確定滾珠絲杠預期的額定功率………………………………………11 2.4.4 按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑…………………11 2.4.5 初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號………………………………12 2.4.6 確定滾珠絲杠螺母副的預緊力………………………………………12 2.4.7 計算滾珠絲杠螺母副的目標行程補償值與預緊伸力………………13 2.4.8 確定滾珠絲杠螺母副支撐用的規(guī)格型號……………………………15 3 滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗………………………………………15 3.1 滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗……………………………………15 3.2 滾珠絲杠螺母副臨界轉速的校驗…………………………………………15 3.3 滾珠絲杠螺母副壽命的校驗……………………………………………… 15 4計算機械傳動系統(tǒng)的剛度…………………………………………………17 4.1 機械傳動系統(tǒng)的剛度計算………………………………………………17 4.2 滾珠絲杠螺母副的扭轉剛度計算…………………………………………17 4.3 計算滾珠與滾道的接觸剛度…………………………………………17 4.4 計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度………………………………………18 4.5 齒輪傳動比的計算………………………………………………………18 5驅(qū)動電動機的選用與計算……………………………………………………20 5.1 計算折算到電動機軸上的負載慣量………………………………………20 5.2 計算折算到電動機軸上的負載力矩………………………………………21 5.3 計算坐標折算到電動機軸上的各種所需的力矩…………………………22 5.4選擇驅(qū)動電動機的型號…………………………………………………23 6機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析…………………………………………………24 6.1 計算絲杠-工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率…………………………24 6.2 計算扭轉振動系統(tǒng)的最低固有頻率………………………………………24 7機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析……………………………………………25 7.1 計算機械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū)Δ…………………………………………25 7.2 計算機械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差………………25 7.3 計算滾珠絲杠因扭轉變形產(chǎn)生的誤差……………………………………25 8確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號………………………………26 8.1 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級…………………………………………26 8.2 確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號…………………………………………26 9微機控制系統(tǒng)的設計…………………………………………………………27 結論…………………………………………………………………………………33 參考文獻……………………………………………………………………………35 致謝…………………………………………………………………………………36 引 言 由于歷史的原因，我國普通加工設備多，數(shù)控加工設備少；老設備多，新設備少。許多企業(yè)的機床精度差、故障率高。數(shù)控機床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機械制造中結構復雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品加工質(zhì)量，大幅度提高生產(chǎn)效率。對普通機床進行數(shù)控改造可以使它具有好的加工精度，同時還具有數(shù)控加工的功能，且投資少，便于操作維修，可以采用最新的控制技術，及時提高生產(chǎn)設備的自動化水平和效率。對現(xiàn)有普通機床進行經(jīng)濟型數(shù)控化改造已成為了發(fā)展方向，是符合我國國情的一種有效途徑。 在實際生產(chǎn)中銑床的應用十分廣泛。數(shù)控銑床是一種加工功能很強的數(shù)控機床。能實現(xiàn)點位控制功能、連續(xù)輪廓控制功能、刀具半徑自動補償功能、刀具長度補償功能、鏡像加工功能、固定循環(huán)功能、特殊功能等。 數(shù)控銑床比傳統(tǒng)普通銑床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。 (1)可以加工出傳統(tǒng)銑床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確的計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。 (2)可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)銑床提高(3～7)倍。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控銑床只要更換一個程序，就F叮實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。 (3)加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。 (4)可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在銑床間的頻繁搬運。 (5)由以上四條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力(一個人可以看管多臺銑床)，減少了T裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求做出快速反應等。 1 概述 設計題目： 800×200（工作臺工作面積 長×寬 mm） 經(jīng)濟型數(shù)控銑床x-y工作臺設計。 表1-1 數(shù)控x-y工作臺設計參數(shù) 規(guī)格 工作臺行程（mm) 工作臺、夾具及工件重力（N) 工作臺快移速度（m/min) 最大進給速度（m/min) 走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力x,y向相同 啟動加速時間ms 定位精度mm x縱向 y縱向 x縱向 y縱向 x縱向 y縱向 x縱向 y縱向 800×200 616 176 2750 4400 18 18 0.6 0.6 1650/1100 30 +0.01 -0.01 2 設計計算 確定脈沖當量 縱向：0.01mm/步 橫向：0.005mm/步 2.1 計算切削分力 （1）根據(jù)已知條件，F(xiàn)=1650N， F=1100N 根據(jù)《數(shù)控技術課程設計》表2-1 ，N N >此類銑削為不對稱端銑中的逆銑。 (2)計算各切削分子 根據(jù)《數(shù)控技術課程設計》表2-1可得工作臺縱向切削力F,橫向切削力F和垂向切削力F分別為: F=1000N F=1300N FZ =2129.3N 2.2 導軌摩擦力的計算 （1）按《數(shù)控技術課程設計》公式計算在切削狀態(tài)下的導軌摩擦FZ。此時導軌動摩擦系數(shù)μ=0.15，查表鑲條緊固力由差值法計算 設在主電動機功率為7.5KW時，F(xiàn)=2000 N Fμ=μ（W+Fg+Fc+Fv） =0.15 =1057.5N (2)按《數(shù)控技術課程設計》公式計算在不切削狀態(tài)下的導軌摩擦力F和導軌靜摩擦力F X縱向： F=μ(W+F)=0.15×(2750+2000)N=712.5 N F=μ（W+F)=0.2×(2750+2000)N=950N Y橫向：Fμ=μ（W+Fg+Fc+Fv）=1305N F=μ(W+F)=960N F=μ（W+F)=1280N 2.3 計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力 （1）按《數(shù)控技術課程設計》公式計算最大軸向負載為 X縱向： F=F+F=(1650+1057.5)N=2707.5 N Y橫向： F=F+F=2805N (2)按《數(shù)控技術課程設計》公式計算最小軸向負載力F X縱向：F= F=712.5N Y橫向：F= F=960N 2.4 滾珠絲杠的動載荷計算和直徑估算。 2.4.1 確定滾珠絲杠的導程 a、初選滾珠絲杠的導程為L0=10mm。 2.4.2 計算滾珠絲杠螺母副的平均轉速和平均載荷 將強力切削時的軸向載荷定為最大軸向載荷F快速移動和鉆鏜定位時的軸向載荷定為最小軸向 F。一般切削（粗加工）和精細切削（精加工）時，滾珠絲杠螺母副的軸向載荷，分別可按下式計算： = F+20% F = F+5% F 表2-1 數(shù)控銑床滾珠絲杠的計算 切削方式 軸向載荷/N 進給速度 時間比例/(%) 備注 強力切削 X：2557.5 Y：2805 =0.6 10 = 一般切削（粗加工） X：1224 Y：1521 =0.8 30 =+20% 精細切削（精加工） X：840.4 Y：1100.25 =1 50 =+5% 快移和鉆鏜定位 X：712.5 Y：960 =18 10 = (2)計算滾珠絲杠螺母副在各種切削條件下的轉速ni (3)按《數(shù)控技術課程設計》公式計算滾珠絲杠螺母副的平均速度 = (4)按《數(shù)控技術課程設計》公式計算滾珠絲杠螺母副的平均載荷Fm X縱向： F==909.48N Y橫向： F==1194.13N 2.4.3 確定滾珠絲杠預期的額定動載荷 （1）按預定工作時間估算。查《數(shù)控技術課程設計》表得載荷系數(shù)=1.3.已知初步選擇的滾珠絲杠的精度為2級，查《數(shù)控技術課程設計》表得精度系數(shù)=1，查《數(shù)控技術課程設計》表得可靠性系數(shù)=0.44，則由《數(shù)控技術課程設計》公式得 X縱向： = = =18225N （2）因?qū)L珠絲杠螺母副將實施預緊，所以按公式估算最大軸向載荷。查表2-31得：預加載荷系數(shù)=4.5 則，==4.5×2557.5=11508.75N （3）確定滾珠絲杠預期的額定動載荷。 取以上兩種結果的最大值，即=18225N 同理：Y橫向： ==23929.14N 2.4.4 按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 （1）根據(jù)定位精度和重復定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。 已知工作臺的定位精度為10μm，重復定位精度為20μm，根據(jù)公式以及定位精度和重復定位精度的要求得：=（1/3~1/2）×20μm=（6.67~10）μm =（1/3~1/4）×10μm=（3.33~2.5）μm 取上述計算結果的較小值，即=2.5μm （2）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑。 本機床工作臺（x軸）滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定方式 滾珠絲杠螺母副的兩個固定支撐之間的距離為 L=行程+安全行程+2×余程+螺母長度+支承長度 ≈（1.2~1.4）行程+（25~30） 取L=1.4×行程+30=（1.4×616+30×12）mm=1162mm 又∵=950N，由公式得，≥0.039· ≥0.039 ≥25.9mm 2.4.5 初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號 根據(jù)計算所得的，，初步選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預緊螺母絲滾珠絲杠螺母副FFZD 4010-5，其共稱直徑，基本導程，額定動載荷和絲杠底徑如下： =10mm，=40mm，=36500N＞=18225N =32.7mm＞=25.90mm 故滿足要求。 2.4.6 由公式確定滾珠絲杠螺母副的預緊力 X縱向：==852.5N Y橫向：==935N 2.4.7.計算滾珠絲杠螺母副的目標行程補償值與預拉伸力 （1）按《數(shù)控技術課程設計》式2-31計算目標行程補償值。 已知溫度變化值△t=2℃，絲杠的線膨脹系數(shù)α=11×10μm/℃，滾珠絲杠螺母副的有效行程。 =工作臺行程+安全行程+2×余程+螺母長度 安全行程（mm）==5 =2 =（616+5×10+2×10+108）mm=794mm 同理：Y橫向 =工作臺行程+安全行程+2×余程+螺母長度 =176+5×10+2×10+108=354mm 故：X： =11×△t××10=0.017mm Y： =11×△t××10=0.0075mm （2）按公式計算滾珠絲杠的預拉伸力。 已知滾珠絲杠螺紋底徑=32.7mm，滾珠絲杠溫升變化值△t=2℃。 則X：=1.81×△t×=1.81×2×=4258.89N 同Y：=1.81×△t×==4258.89N 2.4.8 確定滾珠絲杠螺母副支承用軸承的規(guī)格型號 （1）按《數(shù)控技術課程設計》公式2-33計算軸承所受的最大軸向載荷 =+=5537.64N Y橫向： =+=5661.39N （2）計算軸承的預緊力 ==1845.88N Y橫向： ==1887.13N （3）計算軸承的當量軸向載荷=+=2755.36N （4）按《數(shù)控技術課程設計》公式2-15計算軸承的基本額定動載荷 已知軸承的工作轉速n==260r/min，軸承所承受的當量軸向載荷=2755.36N。軸承的基本額定壽命L=20000h。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為： =×cos60°=2755.36×0.5N=1377.68N Y橫向： =1540.63N =×sin60°=2755.36×0.87N=2386.21N Y橫向： =2649.88N ==1.74＜2.17 查《數(shù)控技術課程設計》表2-25得，徑向系數(shù)x=1.9，軸向系數(shù)y=0.54 故：P=X+Y=3906.14N X縱向：C=·=26493.1N Y橫向：C=·=29558.69N （5）確定軸承的規(guī)格型號。 因為滾珠絲杠螺母副擬采用預拉伸措施，所以選用60°角接觸球軸承組背對背安裝，以組成滾珠絲杠兩端固定的支承形式。由于滾珠絲杠的螺紋底徑=34.3mm，所以選用軸承內(nèi)徑d為30mm以滿足滾珠絲杠結構的需要。 在滾珠絲杠的兩個固定端均選擇國產(chǎn)60°角接觸軸承兩件一組背對背安裝組成滾珠絲杠的兩端固定支承方式，軸承的型號為：760306TNI/P4DFB，尺寸（內(nèi)徑×外徑×寬度）為30 mm×72 mm×19mm，選用脂潤滑，該軸承的預載荷能力=2900 N ,大于計算所得的軸承預緊力=1845.88N。并在脂潤滑狀態(tài)下的極限轉速為1900 r/min ,高于滾珠絲杠的最高轉速n=1800r/min，故滿足要求。該軸承的額定動載荷為=34500 N,而該軸承在20000h工作壽命下的額定載荷 C=26493.1N，也滿足要求。 3 滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗 3.1 滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗 本工作臺的滾珠絲杠支承方式采用預拉伸結構，絲杠始終受拉而不受壓。因此，不存在壓桿不穩(wěn)定問題。 3.2 滾珠絲杠螺母副臨界轉速的校驗 根據(jù)計算知，可得滾珠絲杠螺母副臨界轉速的計算長度=919mm。一直彈性模量E=2.1×MPa，材料密度ρ=×7.8×N/，重力加速度g=9.8×mm/，安全系數(shù)=0.8，由表2-44得λ=4.73 滾珠絲杠的最小慣性矩為： I==67909 滾珠絲杠的最小截面積為： A==923.54 故可由《數(shù)控技術課程設計》公式2-36得：==8918r/min 本工作臺滾珠絲杠螺母副的最高轉速為1800r/min，遠遠小于其臨界轉速，故滿足要求。 3.3 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校驗 滾珠絲杠螺母副的壽命主要指疲勞壽命。它是指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲杠在相同的條件下回轉時，其中90%不發(fā)生疲勞剝落的情況下運轉的總轉速。查《數(shù)控技術課程設計》表A-3得滾珠絲杠的動載荷=46500N，運轉條件系數(shù)=1，滾珠絲杠的軸向載荷==2557.5N。滾珠絲杠螺母副運轉速度n==1800r/min。 故由《數(shù)控技術課程設計》公式得：L=（）× = =3.478×r =L/60n=32206h 同理Y： L=2.63×r 同理Y： =24411h 一般來講在設計數(shù)控機床時，應保證滾珠絲杠螺母副的總時間壽命≥20000h，故滿足要求 4 計算機械傳動系統(tǒng)的剛度 4.1 計算滾珠絲杠的拉壓剛度 本工作臺的絲杠支承方式為兩端固定，由圖知，當滾珠絲杠的螺母中心位于滾珠絲杠兩支承的中心位置（a=L/2，L=1222mm）時，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度，可按《數(shù)控技術課程設計》公式（2-45）計算。 =6.6×=631.7N/μm 當a==919mm或a==303mm時（即滾珠絲杠的螺母中心位于行程的兩端位置時）滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度，可按公式計算。 =6.6×=846.9N/μm 4.2 計算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度 已知軸承接觸角β=60°，滾珠體直徑=7.144mm；滾珠體個數(shù)Z=17，軸承的最大軸向工作載荷=5537.64N，查《數(shù)控技術課程設計》表得： =4×2.34×=1659.13N/μm Y橫向：=5661.39N，=4×2.34×=1671.4 N/μm 4.3 計算滾珠與滾道的接觸剛度 查《數(shù)控技術課程設計》A-3得滾珠與滾道的接觸剛度K=1585N/μm，額定動載荷=46500N，滾珠絲杠上承受的最大軸向載荷=2557.5N，故由《數(shù)控技術課程設計》公式（2-46b）得: =K() =1585=1298.62N/μm Y橫向：=2805N,，=K()=1339.23 N/μm 4.4 計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K。 由《數(shù)控技術課程設計》公式得進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為： =++ = =0.0025 ∴=400N/μm 由《數(shù)控技術課程設計》公式得進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為： =++ = =0.0029 ∴=344.8N/μm 同理Y橫向： =++=0.0025 ∴=400N/μm =++=0.003 ∴=333N/μm （2）滾珠絲杠螺母副的扭轉剛度計算 由計算知，扭矩作用點之間的距離=1020mm，已知剪切模量G=8.1×MPa 滾珠絲杠的底徑=34.3×m，由公式得： ==10785.5Nm/rad 4.5 齒輪傳動比的計算 由于脈沖當量δ=0.01，L0=10mm。初選電動機步距角 ⅰ==2.08 可選定齒輪齒數(shù)為20，42 因進給運動齒數(shù)受力不大，模數(shù)m可取2。 表3-1 齒輪減速裝置參數(shù) 齒數(shù) 20 42 20 40 分度圓 40 84 40 80 齒頂圓 44 88 44 84 齒根圓 37.5 81.5 37.5 77.5 齒寬 20 20 20 20 中心距 62 60 5 驅(qū)動電動機的選用與計算 縱向計算： W × Js 電動機 × 圖5-1 一級減速 5.1 計算折算到電動機軸上的負載慣量 （1）計算滾珠絲杠的轉動慣量 已知滾珠絲杠的密度ρ=7.8×kg/，由公式得 kg·c （2）分別計算兩個齒輪傳動的轉動慣量，。 = =0.399kg·c ==7.77 kg·c W=2750N （3）由《數(shù)控技術課程設計》式（2-66）計算加在電動機軸上的總負載轉動慣量 ==9.278 kg·c 橫向計算： × W × 電動機 × 圖5-2 二級減速 = =0.399 kg·c = =6.39 kg·c 由《數(shù)控技術課程設計》公式得， =5.75 kg·c 5.2 計算折算到電動機軸上的負載力矩 （1）計算切削負載力矩 由切削狀態(tài)下坐標軸的軸向負載力==2557.5N，電動機每轉一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離L=10mm=0.01m，進給傳動系統(tǒng)的總效率η=0.85 由公式得，===2.4N· m Y橫向： ==2.62 N· m （==2805N） （2）計算摩擦負載力矩 已知在不切削狀態(tài)下坐標軸的軸向負載力（即為空載時的導軌摩擦力=712.5N），由《數(shù)控技術課程設計》公式得： ==0.66 N· m Y橫向： ==0.9 N· m （=960N） （3）計算由滾珠絲杠的預緊而產(chǎn)生的附加負載力矩. 已知滾珠絲杠螺母副的預緊力=N，滾珠絲杠螺母副的基本導程=10 mm=0.01 m， 滾珠絲杠螺母副的效率 η=0.94,由《數(shù)控技術課程設計》公式得 =）=0.093 N· m Y橫向：=N則，=）=0.1 N· m （4）折算到電動機軸上的負載力矩T的計算。 ①空載時（快進力矩），由式（2-57a）得 N· m Y橫向： =1 N· m ②切削時（工進力矩），由式（2-57b）得 N· m Y橫向： N· m 5.3 計算坐標軸折算到電動機軸上的各種所需力矩 初選150BF002型電動機，其轉動慣量=9.8kg· cm，坐標軸的負載慣量=9.278kg·c，加速時間=30 ms=0.03 s ，已知機床執(zhí)行部件以最快的速度=1800 mm/min運動時，電動機的最高轉速為： 由《數(shù)控技術課程設計》公式得 :==7.74N·m 同理 Y橫向： ==6.26 N·m 1．計算橫向進給系統(tǒng)所需的折算到電動機上的各種力矩。 （1）按式（2-61）計算空載啟動力矩 =+（）=8.49 N·m Y橫向： =7.26 N·m （2）由式（2-57a）計算快進力矩 N· m Y橫向： =1 N· m （3）由式（2-57b）計算工進力矩 N· m Y橫向： N· m 5.4 選擇驅(qū)動電動機的型號 根據(jù)以上計算和查《數(shù)控技術課程設計》表 A-5，選擇國產(chǎn)150BF002型步進電動機為驅(qū)動電動機，其主要技術參數(shù)如下：相數(shù)為5；步距角為0.75/1.5；最大靜轉矩為9.31 N· m；轉動慣量為9.8 kg· cm；最高空載啟動頻率為2800HZ；最高運行頻率為8000HZ。 （1）確定最大靜轉矩。因為 8.93 N· m 因為 N· m 取和 中較大者為所需的步進電動機的最大靜轉矩，即=8.93 N· m，小于本電動機的額定最大靜轉矩13.72 N· m，故滿足要求。 （2）慣性匹配驗算 為了使機械傳動系統(tǒng)的慣量達到較合理的匹配，系統(tǒng)的負載慣量與伺服電動機的轉動慣量只比一般應滿足公式，即0.25≤/≤1 /=9.278/9.8=0.94∈[0.25，1]，故滿足慣量匹配要求. 同理Y橫向：/=5.75/9.8=0.59∈[0.25，1]，故滿足慣量匹配要求。 6 機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析 6.1 計算絲杠—工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率 已知滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度==344.8×N/m，而滾珠絲杠螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量=m+1/3（其中m，分別是機床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的品質(zhì)），則m=W/g=275kg =π/4××128.5×7.8×kg=12.59kg = m+1/3=279.2kg ==1059rad/s Y橫向：m=440kg，==333 N/m， =π/4××